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中科大邹纲/张红莉、苏州实验室陈忻 Nat. Commun.: 结合可编程结构色与可切换圆偏振发光的动态多模态信息加密

高分子科技 · 公众号 · 化学 · 2025-03-12 12:12

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信息存储与安全始终是社会关注热点。科研界多年来致力于开发能够在反射、透射和荧光以及圆偏振发光（ CPL ）等光学通道，以实现多样化信息加密和防伪。在前期的工作中，团队发展了一系列不对称光聚合新方法 , 实现了具有复杂微纳结构和手性光学性质梯度分布的共轭聚合物功能微图案的可控制备 ( Nat. Commun. , 2020, 11, 1188; Nat. Commun. , 2023, 14, 6177 ; Adv. Funct. Mater , 2025, 202501168 ) ，并初步应用于光学信息加密与防伪领域。相较于单一结构色、荧光或 CPL 的传统防伪技术，双模 / 多模防伪材料可显著提升防伪标签的信息存储容量与安全等级。然而，结构色、荧光（尤其是 CPL ）等光学通道在动态调控过程中的互相干扰使得独立调制极具挑战。当前研究多聚焦于克服正交调控的局限性，开发兼具可编程结构色、刺激响应荧光和 CPL 特性的防伪材料，对实现动态多模态信息加密具有重要意义。

针对上述问题， 中科大邹纲教授、张红莉副研究员、苏州实验室陈忻研究员联合团队 创新性地提出结合可编程结构色与可切换圆偏振发光的动态多模态信息加密策略，实现了结构色信息与荧光（含 CPL ）图案的独立调控，且利用微结构设计或乙腈溶剂处理实现了选择性地信息显影或隐藏，整体实现了高阶信息加密和动态防伪。

该研究以题为“ Dynamic multimodal information encryption combining programmable structural coloration and switchable circularly polarized luminescence ”的论文发表在《 Nature Communications 》上。

图 1 展示了结合可编程结构色、可调荧光与 CPL 实现动态多模态信息加密整体研究策略。上层聚二乙炔（ PDA ）凝胶微阵列通过多阶段光刻工艺精准构筑，具有二维可编程光子图案，可显示预设的结构色信息。例如，作者成功制备了由垂直取向的 " 大象 " 图案和平行取向的 " 熊猫 " 图案组成的双周期 PDA 微阵列，该体系在旋转时可实现 " 大象 " 到 " 熊猫 " 的趣味结构色图像切换。利用丝网印刷技术制备含钙钛矿纳米晶的柔性荧光图案，叠加转移螺旋堆叠银纳米线双分子层赋予其光学活性。通过卤素阴离子交换过程，荧光、 CPL 图案颜色可以调控， CPL 手性方向实现反转。通过调控顶部 PDA 微阵列周期性结构的纵横比，可选择性隐藏或显影复合膜的加密的结构色与荧光 /CPL 信息。此外，在乙腈等外界刺激下，体系可通过顶部 PDA 微阵列周期性结构的动态调控进一步切换结构色与荧光 /CPL 性能的 " 开启 / 关闭 " 。

图一 . 多模态动态信息加密系统的设计策略。

其中，上层微图案层由光栅掩膜法制备，改变观察角 a 或入射光方向 b ， PDA 微图案展现出不同虹彩结构色。根据布拉格定律，其角度依赖虹彩结构色受微阵列周期结构、入射光方向和观察角度共同调控，通过调控入射光方向或者乙腈溶剂处理可实现图像在特定区域的可逆隐藏或显示。

下层手性荧光层为钙钛矿纳米晶叠加螺旋堆叠银纳米线阵列（ TNA ）。螺旋堆叠使非手性钙钛矿（ CsPbX ₃ , X = Cl, Br, I ）荧光层产生 CPL 信号，发光不对称因子最高可达± 1.3 ，借助左 / 右旋圆偏振滤光片（ CPF ）可实现手性的裸眼识别。钙钛矿纳米晶体中的卤素阴离子交换可用于进一步调节其荧光信息，包括圆偏振荧光颜色和手性方向。

作者深入研究了上层微结构如何影响下层的荧光和 CPL 特性以及动态调制的机制。其结构色与荧光 /CPL 图案间的串扰可通过调控上层二乙炔有机凝胶微阵列二维周期结构的纵横比实现精准控制，结合乙腈处理可选择性隐藏或显影加密信息，从而显著提升复合薄膜的信息加密容量。将可编程结构色与可切换圆偏振发光相结合策略，可以制备动态多模态信息加密标签，且能够实现多种光学模式之间的独立调制，有效提高信息存储容量，为高阶信息加密与防伪提供了新思路。

中科大邹纲/张红莉、苏州实验室陈忻 Nat. Commun.: 结合可编程结构色与可切换圆偏振发光的动态多模态信息加密

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